La problématique énergétique mondiale...Le soleil est un réacteur nucléaire de fusion…. (5...
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La problématique
énergétique mondiale
Hervé Nifenecker
Président d’honneur de « Sauvons le Climat
http://www.sauvonsleclimat.org
L’énergie dans le monde: EDP Sciences
L’énergie de demain: EDP Sciences
L’énergie nucléaire a-t-elle un avenir: Le Pommier
Serons à nous à court
d’énergie?• Notre consommation : 1. 2× 105 TWh=10 Gtep
• Les réserves fossiles (pétrole, gaz, charbon)
s’épuisent, c’est vrai
• Mais Flux annuel d’énergie solaire:
4. 38×10¹² TWh soit 37×106 fois consommation.!
Le soleil est un réacteur nucléaire de fusion…
(5 milliards d’années)
Autres ressources• Vent, hydroélectricité, énergie des océans : énergie
solaire+énergie de gravité (Lune)
• Energie géothermique : 5.10-5 fois plus faible que le flux solaire mais 2000 fois notre consommation.
Radioactivité Uranium (5 milliards d’années), Thorium (12 milliards d’années)
• Energie nucléaire (surgénérateurs) :
3 milliards de tonnes océaniques exploitables et
20000 tonnes provenant chaque année des fleuves alimentant l’océan : renouvelable pour 10000 réacteurs.
Répartition des consommations d’énergie primaire
par secteur d’activité (Monde 1998)
0
100
200
300
400
500
600
A1 A2 A3 B C1 C2 Réserves 1990
Gte
p
Charbon
Pétrole
Gaz
Epuisement des réserves fossiles
Scénarios IASA (CME) 2050
Réchauffement
climatique
Dernières nouvelles
Evolution de la température
Ecarts/(1951-1980)
Eté-Hiver
Anomalies régionales
Quel effort?
•Rejets actuels : 7,5 GtC
•Nb Humains: 6,5 Milliards
•Rejet/ha Monde: 1,15 Tonne
Stabilisation de la température: 3GtC
D’autant plus haute qu’on attend
•Horizon 2050
•Nb Humains : 9 Milliards
•Rejet/ha Monde: 0.33 Tonne
Par pays2007 CO2
émissions/têteEffort à faire
USA 5.20 15.8
Allemagne
2.65 8.0
UK 2.34 7.1
France 1.58 4.8
Chine 1.24 3.8
Inde 0.32 1
Monde Total
1.19 3
Les facteurs à contrôler
EnergieQ
PIBEnergie
NPIBNQ
CO
poppopCO
22 ×××=
PIBEnergie
EnergieQCO2
Intensité énergétique
Intensité en CO2
Evolution des émissions
Mondiales de GES
Dominée
Par le CO2
Evolution of GHG emissions
Emissions de GES par secteur
Rôle dominant du secteur energie
Origine des émissions de CO2
dans le monde
Rôle stratégique
de l’électricité
tCO2/ha
Emission de CO2 par habitant
0
5
10
15
20
25
Luxe
mbo
urg
US
A
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Franc
e
Por
tuga
ltC
O2
/ha
b.
tCO2/tep
tCO2/tep (1995)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Dan
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k
Irlan
de
Por
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Can
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Franc
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tCO
2/t
ep
t
C
O
2
/
e
l
e
c
Comparaison des mix électriques
OCDE vs France
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
Coal Oil Gas Nucl+Ren.
Fuel
%
OCDE
France
Première étape: mix électrique
On suppose le même mix pour l’OCDE que pour la France
Comparaison des émissions de CO2 pour les mix
observés et potentiels
Gain: 0.67
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
observed potential
Mt C
O2 e
mitte
d
electric
non electric
Deuxième étape:
production de chaleur avec
l’électricité
Gain total: facteur 3
CO2 Résiduel: « transport »
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
observé électricité propre électricité et chaleur
propres
MtC
O2
electricité
chaleur
transport
Substituts aux combustibles fossiles
•Transports collectifs (partiellement électriques)
•Voiture électrique
•Hydrogène (électrolyse ou reformage + CS (CO2)
•Bio-Carburants
-Transports individuels
-Chauffage
•Isolation
•Solaire thermique
•Biomasse (bois, déchets, bio-gaz)
•Géothermie
•Pompe à chaleur
•Chauffage électrique
Economies d’énergie
•Modes de déplacement
•Modes de chauffage
•Pratiques agricoles
•Alimentation
•Vacances au loin
Mais:
•Comment faire accepter les sacrifices
dans un contexte d’inégalité sociale?
•L’avenir énergétique se joue en Chine et en Inde
Importance des technologies
Pratiques de vie
Densité de population
Emissions de GES en g.e.C par km.passager
France
Kg équivalent carbone pour la production d’un kg de nourriture
(engrais, énergie pour fabriquer ces engrais, transports, récolte, ..)
� Privilégier un certain type d’alimentation permet de lutter contre l’effet de serre
Alimentation
0,16 0,200,45
0,691,10
1,77
8,46
11,22
0
2
4
6
8
10
12
Lait Farine de
blé
Œufs poulet Cochon Fromage bœuf Veau
Production d’électricité
Energies renouvelables
Energie solaire
Limites du Solaire PV
• Effet Jour-Nuit
• Effet saisonnier:
3 fois plus d’énergie en Juillet qu’en Janvier
• Stockage
• Limite de pénétration dans un réseau électrique:
5 à 10%
Intermittence PV
FFacteurs Technicoacteurs Technico-- ééconomiquesconomiques Raccordé Autonome
Eléments prix du
kWh
Prix module Durée
de vie Taux argent
Substitution
Idem + Stockage
Substitution
Taux :
Toît, façade 10 % Service, Réseau
>100%
Prix mini kWh
Problème n°1
0,2 Euros
Module
Intégration
0,8 Euros
Stockage
ρ utilisation
Conclusion : Points clConclusion : Points cléés du s du
photovoltaphotovoltaïïqueque
•• Imbattable en terrain vierge pour <2 kWImbattable en terrain vierge pour <2 kW
•• Imbattable pour usagers < 10 kWh/moisImbattable pour usagers < 10 kWh/mois
•• Sans concurrence pour 1/3 de lSans concurrence pour 1/3 de l’’humanithumanitéé
•• Cher, mais sans inconvCher, mais sans inconvéénients ni limitesnients ni limites
•• Croissance rapide (30%/an) mais artificielle.Croissance rapide (30%/an) mais artificielle.
•• Handicap : stockageHandicap : stockage
=>Sur r=>Sur rééseau : sera un jour le toit standard ?seau : sera un jour le toit standard ?
⇒⇒En PED : sera lEn PED : sera l’é’énergie standard ? 2 fois moins nergie standard ? 2 fois moins
cher que groupe cher que groupe éélectroglectrogèènene
Solaire thermodynamiqueSolaire thermodynamique
• Nécessité de la présence de soleil
– (chaleur diffuse inexploitable)
• Nécessité de suivre le soleil
• Transformation de la chaleur en électricité
• Encombrement au sol:
– miroirs+structures+espaces inter-miroirs
– 70 (France) à 110 kWh/m2 au sol soit environ 5%
– Deux fois moins que le PV
Capteurs cylindriquesCapteurs cylindriques
Orientation est-ouest
Mouvements lents et simples
Rendements des miroirs: 8-12%
Caloporteurs organiques
Rendement thermodynamique:37%
Desertec
Hydro-électricité
• Ressource mondiale: 12000 TWh
• Production hydro : 2000 TWh
• Production mondiale électrique: 14000 TWh
• Localisation:
– Asie: 27%
– Amérique du Sud: 24%
– CEI: 24%
• Environnement
• Ruptures de barrage:
– ex Morvi(Inde,1979) 15000 morts
Ressource vagues
Eolien
Rendement
45
0,0
1000,0
2000,0
3000,0
4000,0
5000,0
6000,0
7000,0
8000,0
9000,0
10000,0
1
16
31
46
61
76
91
10
6
12
1
13
6
15
1
16
6
18
1
19
6
21
1
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6
24
1
25
6
27
1
28
6
30
1
31
6
33
1
34
6
36
1
Pu
iss
an
ce
(M
W)
France 20094500 MW
23%
E-ON: 7500 MW, 21% Vattenfall: 9400 MW, 24%
C’est « presque »pareil partout!Intermittence
Limites de l’éolien
• Disponibilité environ 1/3 du temps
• Caractère stochastique: Puissance max.
inférieure à 1/3 de la puissance du réseau
• Limite 0.33x0.33 # 0.1
Biomasse
Utilisations préférentielles:
•Production de chaleur
•Biocarburants
Potentiel réaliste mobilisable
Monde
2,23 Gtep dont 1,6 forestier (Monde)
Total possible (énergie): 3,53 Gtep (15%)
Combustible, Carburant, Electricité
Europe (15):
• Forestier: 63 Mtep
• Herbacé: 20 Mtep
• Plantes énergétiques: 52 Mtep
Production actuelle: 37 Mtep
Total: 172 Mtep (12% consommation)
Apport des renouvelables pour
l’électricité d’ici 2050
• Hydro électricité : 20%
• Eolien : 10%
• Solaire : 5 à 10%
• Biomasse : 5 à 10%
• 40-50%
• Reste?
Fossiles sans CO2
• Capture du CO2
– Post-combustion C+O2→CO2+Energie
– Pré-combustion C+H2O →H2+CO
H2+1/2O2 →H2O+Energie
CO+1/2O2 →CO2+Energie
– Elimination du N2 avant (oxy-combustion)
• Séquestration
– Anciens gisements pétroliers et gaziers (250 Gt?)
– Anciennes mines de charbon (5 GtC)
– Nappes salines aquifères (250-2000 GtC? )
I. Capture et stockage du CO2
Réalisations
•Deux expériences: Sleipner, Weyburn
•Surconsommation énergétique: 8 à 15% (MEDD)
•Surcoût kWh: 50 à 100% (Charbon pulvérisé), 35 à 50%(gaz)
•Surcoût investissement: 80 % (Charbon pulvérisé), 100%(gaz)
Le Nucléaire•Ressources limitées avec les REP (Réacteurs à Eau Pressurisés)
actuels
•Nécessité de la (sur)régénération: amélioration d’un facteur 100 de
l’utilisation de l’uranium
•Que faire des déchets?
•Les accidents
Régénération-Surgénération •Si r<0 le nombre de fissiles décroît.
•Tous les noyaux du fertile deviennent fissiles
•Pour 1 tonne d’uranium d’uranium 235
143 tonnes d’uranium naturel
Production de 0,27 Gtep, soit
76 fois plus que dans le cas des REP
Réévaluation des réservesConsommation actuelle 60000 tonnes uranium naturel
Pour 300 GWe/an. On peut multiplier par 10 soit 3000 GWe/an
Amélioration de l’utilisation pour les REP: 300000/an Unat
Réserves prouvées : 6 Mt soit 20 ans
Réserves probables+prouvées : 18 Mt soit 60 ans
Pour les CANDU 240 ans
Pour Régénérateurs : 4000 ans
Le nucléaire renouvelable
Pour les CANDU 240 ans
Pour Régénérateurs : 4000 ans
Mais on peut accepter un facteur 80 sur le coût de l’extraction
3 milliards de tonnes dans l’océan
On suppose 10000 GWe soit 10000 tonnes/an 100000 ans
Les fleuves amènent à la mer 10000 à 20000 tonnes d’uranium/an
Division de la masse des déchets par 100
Production annuelle de déchets
dans la communauté européenneSOURCE: CEE - 1993
DECHETS INDUSTRIELS:~ 1 000 millions de m3
DECHETS INDUSTRIELS TOXIQUES:~ 10 millions de m3
DECHETS RADIOACTIFS:80 000 m3
DECHETS RADIOACTIFSDE HAUTE ACTIVITE: 150 m3
II-2000
Volume des déchets
Stockage
Rejets calculés
Accidents nucléaires•Tchernobyl (type RBMK)
• Instable à faible puissance
• Insertion des barres de contrôle défectueuse
• Fusion du cœur
• Explosion hydrogène
• Pas de confinement
�Bilan ONU(UNDP,UNICEF… ,Forum Tchernobyl 2006):
�Attribuables à l’irradiation:
50 morts, 4000 cancers de la thyroïde
4000 cancers supplémentaires attendus statistiquement
�Nombreuses victimes psycho-socio-économiques
•TMI (type REP):
• Fusion du cœur
• Confinement assuré
�Bilan:
– 2 irradiés dans le personnel, 0 morts
– Panique
Coûts
Investissements
Production de 7 Twh/an (un réacteur de 1 Gwe
•Gaz= 0,5 GEuros
•Nucléaire= 2 à 3 GEuros
•Eolien= 3 à 6 GEuros
•Solaire= 15 GEuros
Coûts totaux internes
821
48
75
0
5
8
3
8
12
18
14
8
14
4910
5
30
0
20
40
60
80
100
120
NUCL CHAR GAZ PETR EOL
erreur
INVESTIS
EXPLOIT
COMBUS
Coûts totaux (externes+internes)
31 37
97
59 613
53
46
15 2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
NUCL CHAR PETR GAZ EOL
EXTERNE
S
INTERNES
Le potentiel du nucléaire
•A l’échelle mondiale:
Modification des scénarios IASA(CME)
•A l’échelle française:
Scénario facteur 4 SLC Negatep
(C.Acket, P.Bacher)
•Minimiser l’utilisation des fossiles pour l’Electricité
•Développement « Raisonable » du Nucléaire + ENR
�OECD: 85% (Nucléaire 42%)
�Transition: 50% (Nucléaire 25%)
�Chine, Inde, Am. Latine: 30% (Nucléaire 15%)
1500 GWe Nucléaire
2060
•Minimiser l’utilisation du charbon et du gaz
•30% charbon Chine, Inde; 30% gaz Russie; 100% Afrique
5000 GWe Nucléaire
2040
Hypothèses
Scénario ni charbon ni gaz en 2050
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
Energie primaire Electricité primaire Nucléaire+ENR CO2(Mt C)
Mte
p
2000
2050 A2
2050 C2
2050 N2
Cycles Surgénérateurs
EPR+RNR
Conclusions•Au niveau mondial il sera impossible de stabiliser la température
au 21ème siècle sans un recours massif au nucléaire.
(Lovelock, Patrick Moore, Lord Smith of Finsbury, Mark Lynas,
Chris Goodal, et Stephen Tindale). Obama (Chu):nucléaire+ENR
•On aura besoin de surgsurgéénnéérateursrateurs..
•On aura besoin d’un important parc de réacteurs « classiques »
pour fournir le combustible des surgénérateurs
•En France le premier objectif devrait être de ne plus utiliser de fuel
ou de gaz pour le chauffage. C’est dans ce domaine que les ERER
devraient être utilisées en priorité. Le chauffage électrique n’est
pas diabolique; tout dépend de la source d’électricité!
•Le solaire (PV) est l’énergie d’avenir pour les PVD en absence de
réseau.
•L’avenir climatique se jouera aux USA, en Chine et en Inde.
Nous pouvons encore fournir un exemple de
développement à faible émission de GES.
FIN